為什麼花椰菜在數學上如此美麗？ 一項新研究給了答案
在分形水平上美味。 圖片來源：MPH Photos／Shutterstock
如果有人問你一個現實世界中超越數學之美的例子，你不太可能伸手去拿蔬菜抽屜。
但如果在家庭自我反省的時刻，你發現自己凝視著一朵花椰菜，你可能會對你的發現感到驚訝。 數百個不同大小的螺旋形成了蔬菜的小花，它們都是彼此的複製品。 你看得越近，圖案就越複雜。
這些類型的模式稱為分形，它們幾乎隨處可見：從到。 正如我們已經看到的，它們甚至可以出現在農產品貨架上。 但花椰菜有一些特別之處——今天發表的一項新研究科學現在對此有一個解釋。
如果您曾經觀察過向日葵、松果、仙人掌或幾乎任何植物，您可能會注意到花瓣似乎螺旋出在一個方式。 科學家們對為什麼會發生這種情況感到困惑兩千年以上，他們想出了一些相當驚人的解釋對於多年來的現象。
但花椰菜的嵌套螺旋在許多尺度上重複出現，仍然難以捉摸——事實上，它是如此難以捉摸，以至於今天的研究起源於十二年前。 沒錯：你以為的蔬菜只是西蘭花的更蒼白的表弟吃的十多年來解碼。
線索來自一種叫做擬南芥。 這只是一顆雜草——你甚至可能把它放在你自己的後院——但它很重要有兩個原因。 首先，它已經被廣泛研究，所以有很多關於它的資訊。 其次，它是一種蕓薹屬植物——就像花椰菜一樣。 這意味著透過比較基因組成擬南芥透過電腦生成的花椰菜模型，研究小組可以弄清楚發生了什麼事。
現在，雖然分形在數學中永遠重複自己，在現實世界中，事情的微小程度是有限的。 當你觀察花椰菜時，你會發現螺旋變得越來越小，但這種自相似性到底有多小呢？ 您可能會驚訝地發現，每株植物的第一個螺旋實際上是微觀上微小，並且它透過特定的基因表現精確控制植物的其餘部分如何生長。
研究合著者艾蒂安·法爾科特 (Etienne Farcot) 在一篇文章中寫道：“一個斑點中表達的基因決定了這個斑點是否會長成樹枝、葉子或花朵。”對話。 “但基因實際上在複雜的‘基因網絡’中相互作用，導致特定的基因在特定的領域和特定的時間表達。”
Farcot 解釋說，有四個主要基因控制著植物的發育：「它們的縮寫是 S、A、L 和 T，我們顯然是在開玩笑，」他說。 但像花椰菜一樣擬南芥植物中，其中一個基因缺失：「A」基因。 通常情況下，這是觸發花朵發育的基因，因此它的缺失解釋了為什麼蔬菜明顯更“花莖”而不是“花”。
但僅僅因為花椰菜不能長出真正的花並不意味著它不會嘗試——這就是它如何生長其獨特的分形幾何形狀的方式。 法爾科特說，螺旋不能長出花朵，只能長出莖，莖又長出莖，依此類推，直到最終形成花椰菜。 葉子和花無法生長，因此我們留下了一層又一層錯綜複雜的螺旋花椰菜芽。
「大自然的複雜性令人驚奇，」法爾科特總結道。 “下次當你晚餐吃花椰菜時，在吃之前花點時間欣賞一下它。”
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